AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 1/14 Le brouillard observé au SIRTA : variabilité spatiale et temporelle de l’eau liquide JC. Dupont (IPSL/UVSQ), E. Waersted.

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1 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 1/14 Le brouillard observé au SIRTA : variabilité spatiale et temporelle de l’eau liquide JC. Dupont (IPSL/UVSQ), E. Waersted (LMD), M. Haeffelin (CNRS/IPSL)

2 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 2/14 Plan 1.Motivations / Objectifs 2.Moyens de mesures utiles pour l’étude 3.Etude basée sur le radiomètre micro-onde HATPRO : le LWP 4.Etude basée la synergie instrumentale in-situ / passif / actif : le LWC 1.Méthodologie 2.Quelques résultats 5.Conclusions et perspectives.

3 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 3/14 Motivations / Objectifs Comprendre les processus pilotant la variabilité de l’eau liquide Identifier des paramètres clés, des valeurs critiques impactant les phases du brouillard Développer des modèles conceptuels décrivant le cycle de vie des brouillards Aider à la prévision du brouillard, développer un outil d’aide à la décision Processus pendant le brouillard : – Refroidissement radiatif : LWP+ – Réchauffement radiatif : LWP– – Sédimentation : LWP– – Turbulence / mélange : LWP– – Advection : LWP+ ou LWP– Formation de brouillard (à Paris) : 1.Refroidissement radiatif de la surface (ciel clair pendant la nuit) ou 2.Affaissement d'un nuage bas (stratus) préexistant Propriétés de l’eau liquide : LWP, LWC, R eff, DSD Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

4 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 4/14 TypeLocationInstrumentsVariables Remote sensing ProfilingCloud radar BASTAVertical profile of reflectivity and doppler velocity Remote sensing Integrated value Microwave radiometer HATPRO Liquid Water Path Integrated Water Vapor In-situProfilingTethered balloon with LOAC Particle size distribution (0.2 to 100 µm) In-situSurfaceFM-120 Spectropluviometer Hotplate Diffusometer LOAC Dropplet size distribution (2 to 50µm) Precipitation rate + drop size (>100µm) Low precipitation rate Visibility at 550nm Particle size distribution (0.2 to 100 µm) FM120 BASTA-3 LOAC sol HATPRO Validation of droplet size distribution derived from in- situ sensors in AMBIENT conditions (OPC), Elias et al., 2009 and ACPD 2015 CLOSURE EXTINCTION during FOG Moyens de mesures utilisés Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

5 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 5/14 Etudes basées sur le radiomètre micro-onde HATPRO, 1/2 Quelle est la valeur de LWP dans le brouillard ? ● RAD : Les plus petites valeurs sont les plus fréquentes. Pic à zéro, à cause des brouillards minces. LWP > 50 g/m 2 31 % du temps. LWP > 100 g/m 2 12 % du temps. ● STL : LWP est plus grand par rapport aux RAD. ≈50 g/m 2 sont les plus fréquentes. LWP > 50 g/m 2 65 % du temps. LWP > 100 g/m 2 31 % du temps. Brouillards d’affaissement de stratus (STL) Brouillards radiatifs (RAD) Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

6 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 6/14 Etudes basées sur le radiomètre micro-onde HATPRO, 2/2 Comment varie LWP, dLWP/dt [g.m -3.h -1 ] ? Brouillards d’affaissement de stratus (STL) Brouillards radiatifs (RAD) ● Brouillards RAD : dLWP/dt entre ±50 g/m 2 h la plupart (82 %) du temps et plus dominé par valeurs ≈0 que les STL ● Brouillards STL : Valeurs > ±100 g/m 2 plus fréquentes pendant STL (16 % du temps) que RAD (7 % du temps).  Les valeurs hautes de LWP pour les brouillard STL sont-elles dues à des phénomènes hors du brouillard (e.g. advection des nuages plus hauts) ?  Quelle est la variabilité de LWP pendant les différentes phases du brouillard ? Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives Brouillards radiatifs (RAD) Augmentation lors de la 1 ère heure

7 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 7/14 Restitution des propriétés microphysiques nuageuses Objectifs : obtenir les profils de LWC, de R eff et de DSD dans la couche nuageuse Motivations : alimenter les CTR en données d’entrée pour obtenir de « bons » flux radiatifs, mieux comprendre certains termes source et puits du LWP (sédimentation, précipitations, collection), comparer ces propriétés microphysiques obs. aux données modèles Moyens : mesures in-situ, télédétection active et passive Cadre : ACTRIS WP22, DEPHY-2, SOERE ATMOS Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

8 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 8/14 Droplet number concentration with LOAC and tethered balloon (DSD LOAC : N and D) Reflectivity derived from DSD (Z LOAC ) Time series of Z along the tethered balloon flight DSD from LOAC Méthodologie : Etape 1 Conversion des DSD LOAC en réflectivité Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

9 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 9/14 Droplet number concentration with LOAC and tethered balloon (DSD LOAC : N and D) Reflectivity derived from DSD (Z LOAC ) Comparison of reflectivity (Z BASTA versus Z LOAC ) Comparaison des réflectivités mesurées par BASTA et calculées à partir de la distribution en taille LOAC (sur le trajet du ballon captif) Méthodologie : Etape 2 Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

10 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 10/14 Droplet number concentration with LOAC and tethered balloon (DSD LOAC : N and D) Reflectivity derived from DSD (Z LOAC ) Comparison of reflectivity (Z BASTA versus Z LOAC ) Liquid Water Content (LWC LOAC ) Relation LWC LOAC versus Z BASTA and Z LOAC 1.Calcul du LWC à partir de la DSD LOAC 2.Relation LWC LOAC versus ZBASTA Méthodologie : Etape 3 Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

11 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 11/14 Méthodologie générale : Droplet number concentration with LOAC and tethered balloon (DSD LOAC : N and D) Reflectivity derived from DSD (Z LOAC ) Comparison of reflectivity (Z BASTA versus Z LOAC ) Liquid Water Content (LWC LOAC ) Relation LWCLOAC versus ZBASTA and ZLOAC LWC BASTA Profile  LWP BASTA versus LWP HATPRO Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

12 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 12/14 Résultats le 6 Janvier 2015 : jour du développement de la paramétrisation… Very good agreement Only stratus and low stratus cloud More difference Low stratus + upper cloud layer around 1,5km Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

13 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 13/14 Validation (ou non), 2 cas d’étude… Nécessité de modifier la relation LWC=f(Z)… Visibilité Réflectivité + base LWP Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives  

14 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 14/14 Comparaisons systématiques en cours sur les brouillards au SIRTA 5 cas de brouillard étudiés pour le moment : différences allant jusqu’à 100% (voir QL) Dues à l’unique loi LWC=f(Z) développée sur le cas du 5 janvier 2015 D’où nécessité de créer des « look-up table »: DSD très variables (mono-modale, bimodale) Rôle des précipitations Prise en compte de la vitesse Doppler dans ces lois Impact de l’atténuation sur Z Pour développer une loi LWC=f(Zi, DV, Att…) ce qui fait l’objet du travail de thèse En faisant d’autres vols ballon captif 0-500m pour valider ces « tables ». Motivations et objectifs Observations utilisées LWP via le radiomètre HATPRO Méthodologie de calcul de LWC Quelques résultats Conclusions et Perspectives

15 AMA 2016, le 20/01/2016 Toulouse 15/14